发现量子反常霍尔效应åQŒæ¨æŒ¯å®¿U°èµž˜q™æ˜¯è¯ø™´ž®?d¨¡ng)奖¾U§è®ºæ–?span lang="EN-US">

è®°è€?™å¾æ·‘éœ?刘蔚å¦?/strong>

2013òq?span lang="EN-US">3æœ?span lang="EN-US">18日，在规模宏大的¾ŸŽå›½ç‰©ç†å­¦ä¼š(x¨¬)òq´ä¼š(x¨¬)上，清华大学薛其坤院士成为焦点äh物——很多华人科学家和相熟的外国学者纷¾U·å‘他表½Cºç¥è´ºã€‚在此三天前åQŒç”±è–›å…¶å¤é¢†è¡”、清华大学物理系和中¿U‘院物理所联合¾l„成的实验团队在《科学》杂志在¾U¿å‘文，首次在实验上发现量子反常霍尔效应åQŒè¿™æ„å‘³ç€é‡å­éœå°”效应物理领域一个期待已久的重要现象已经被中国科学家率先观测到ã€?span lang="EN-US">

　　4æœ?span lang="EN-US">10日，è¯ø™´ž®?d¨¡ng)物理学奖得丅R€æ¸…华大学高½{‰ç ”½I‰™™¢åèª‰é™¢é•¿æ¨æŒ¯å®è¡¨½Cºï¼š(x¨¬)“这是第一‹Æ¡ä»Žä¸­å›½å®žéªŒå®¤é‡Œå‘表的诺贝尔奖çñ”的物理学论文。â€?span lang="EN-US">

　　量子霍尔效应在凝聚态物理中占据着极其重要的地位。整数量子霍ž®?d¨¡ng)效应和分数量子霍尔效应的实验发现分别äº?span lang="EN-US">1985òq´å’Œ1998òq´èŽ·å¾—诺贝尔物理学奖。这‹Æ¡ä¸­å›½ç§‘学家们首‹Æ¡åœ¨å®žéªŒä¸Šè§‚‹¹‹åˆ°çš„量子反帔Rœž®?d¨¡ng)效应，被认为可能是量子霍尔效应家族最后一个有待实验发现的成员。äØ“(f¨´)äº?ji¨£n)实现这一基础¿U‘学领域的重大突ç ß_(d¨¢)¼Œä»–们的团队花äº?ji¨£n)æ•´æ•´å››òq´æ—¶é—´ã€?span lang="EN-US">

¿U‘学家敏锐眼光锁定至高目æ ?/span>

　　量子反常霍尔效应是一个全新的量子效应åQŒç”±äºŽå…¶å­˜åœ¨ä¸éœ€è¦å¤–加磁场，因此更具应用前景åQŒæˆä¸ÞZ¸–界凝聚态物理学家关注的焦点ã€?span lang="EN-US">

　　2008òq?span lang="EN-US">10æœ?span lang="EN-US">15日，薛其坤清楚地记得˜q™ä¸ªæ—¥å­ã€‚在è¯ùN¢˜¾l„例行的¾l„会(x¨¬)上，一名学生在做文献交‹¹æ—¶ä»‹ç»äº?ji¨£n)拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“的概念以å?qi¨¢ng)相关研½I¶æˆæžœã€‚从此，“拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“”走入了(ji¨£n)薛其坤的视野。拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“˜q™ä¸ªå‡èšæ€ç‰©ç†ä¸­çš„新领域是由斯坦¼›å¤§å­¦çš„张首晟教授与来自¾ŸŽå›½å’Œå¯d国的另外两位¿U‘学家共同开创的。张首晟和薛其坤之间的深厚友谊和密切交流使他们意识到åQŒè¿™æ˜¯ä¸€ä¸ªéžå¸¸å€¼å¾—深入探究的领域。从那时èµøP¼Œä»–们ž®±å±•å¼€äº?ji¨£n)对拓扑¾lç¼˜?sh¨´)½“中新奇量子效应的实验研½I¶ã€‚在一òq´å¤šçš„时间内åQŒä»–们与清华大学物理¾p»é™ˆæ›¦å’Œè´ùN‡‘锋教授，以及(qi¨¢ng)中科院物理所马旭村研½I¶å‘˜åˆä½œåQŒåœ¨æ‹“扑¾lç¼˜?sh¨´)½“的样品生长和原位ç”?sh¨´)子态研½I¶æ–¹é¢å–得了(ji¨£n)一¾pÕdˆ—举世瞩目的成果。此后，他们瞄准äº?ji¨£n)更高更隄¡š„目标åQšåœ¨å®žéªŒä¸Šå®žçŽ°é‡å­åå¸”Rœž®?d¨¡ng)效应，也就是零¼‚åœºä¸­çš„量子霍尔效应ã€?span lang="EN-US">

　　量子反常霍尔效应是一个全新的量子效应åQŒç”±äºŽå…¶å­˜åœ¨ä¸éœ€è¦å¤–加磁场，因此在应用方面比此前发现的量子霍ž®?d¨¡ng)效应要方便得多åQŒå¯ä»¥æŽ¨åŠ¨æ–°ä¸€ä»£çš„低能耗晶体管和电(sh¨´)子学器äšg的发展，解决ç”?sh¨´)脑发热½{‰é—®é¢˜ã€‚因此从理论研究和实验上实现量子反常霍尔效应åQŒæˆä¸ÞZ¸–界凝聚态物理学家关注的焦点ã€?span lang="EN-US">

杨振宁先生在量子反常霍尔效应实验成果新闻发布ä¼?x¨¬)上发讲è?span lang="EN-US"> 研通社记è€?王皓å†?/strong> æ‘?span lang="EN-US">

　　2006òqß_(d¨¢)¼Œå¼ é¦–晟和他的学生们成功地预言äº?ji¨£n)第一个拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“åQŒä¸€òq´ä¹‹åŽï¼Œ˜q™ä¸ªå¥‡å¦™çš„预­a€ž®Þp¢«å®žéªŒè¯å®žäº?ji¨£n)。从此拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“˜q™ä¸ªé¢†åŸŸž®±åœ¨å…¨çƒèŒƒå›´å†…蓬勃发展，成äØ“(f¨´)凝聚态物理和材料¿U‘学研究中的主要方向。由于开创拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“˜q™ä¸ªé¢†åŸŸçš„杰å‡?gu¨®)™µA(ch¨³)献，张首晟于2010òq´èŽ·â€œæ¬§‹z²ç‰©ç†å¥–”，2012òq´èŽ·¾ŸŽå›½ç‰©ç†å­¦ä¼š(x¨¬)“奥利弗· 巴克利奖”（Oliver BuckleyåQ‰ï¼Œ˜q™æ˜¯å‡èšæ€ç‰©ç†é¢†åŸŸçš„最高奖ã€?span lang="EN-US">2012òq´ä»–又获得国际理论物理学最高奖“狄拉克奖”ã€?span lang="EN-US">2013òq?span lang="EN-US">3æœ?span lang="EN-US">20日，“基¼‹€ç‰©ç†å­¦å¥–”颁奖盛典在瑞士日内瓦ä‹D行，该奖被学界称为科学界的奥斯卡奖，授奖于著名理论物理学安™œé‡‘，òq¶å°†ç‰©ç†å­¦å‰æ²¿å¥–授予张首晟和他的同事们，表嘪他们开创拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“领域的杰å‡?gu¨®)™µA(ch¨³)献ã€?span lang="EN-US">2009òqß_(d¨¢)¼Œå¼ é¦–晟入选我国“千äºø™®¡åˆ’”，成äØ“(f¨´)清华大学高等研究院特聘教授，从此åQŒä»–立志于将拓扑¾lç¼˜?sh¨´)½“这个蓬勃发展的领域带入中国åQŒåƈ与薛其坤开展了(ji¨£n)紧密合作ã€?span lang="EN-US">

张首晟在量子反常霍尔效应实验成果新闻发布ä¼?x¨¬)上发言 研通社记è€?王皓å†?/strong> æ‘?span lang="EN-US">

　　当时拓扑¾lç¼˜?sh¨´)½“是建立在时间反演对¿U°æ€§çš„原理上，2008òqß_(d¨¢)¼Œå¼ é¦–晟和清华大学高等研究院博士生¼œæ™“亮提出，当时间反演对¿U°æ€§è¢«¼‚æ€§ç ´ååŽåQŒä¼š(x¨¬)出现奇妙的量子反帔Rœž®?d¨¡ng)效应，从此åQŒç£æ€§æ‹“扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“便成为实现量子反帔Rœž®?d¨¡ng)效应的理想¾pȝ»Ÿã€?span lang="EN-US">2008òqß_(d¨¢)¼Œæ¸…华大学博士生刘朝星和祁晓亮在张首晟å?qi¨¢ng)中¿U‘院物理所研究员方忠和戴希的大力支持下åQŒæå‡ÞZº†(ji¨£n)二维¼‚æ€§æ‹“扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“实现量子反常霍尔效应的基本机理。自旋能带的反带原理深刻影响äº?ji¨£n)量子反帔Rœž®?d¨¡ng)效应的理论研究ã€?span lang="EN-US">2009òqß_(d¨¢)¼Œå¼ é¦–晟和他的博士生们提出äº?span lang="EN-US">Bi2Se3åQ?span lang="EN-US">Bi2Te3åQ?span lang="EN-US">Sb2Te3掺入3d¼‚æ€§å…ƒç´ ï¼Œå®žçŽ°¼‚æ€§æ‹“扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“的方案，òq¶åšäº?ji¨£n)具体的解析计算。该文章发表在《自然》杂志物理分刊上。五个月后，张首晟又与中¿U‘院物理所方忠、戴希开展了(ji¨£n)紧密合作åQŒé€šè¿‡½W¬ä¸€æ€§åŽŸç†çš„æ•°å€ÆD®¡½Ž—，认证äº?ji¨£n)该¾pȝ»Ÿä¹ƒæ˜¯¼‚æ€§æ‹“扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“åQŒæ˜¯å®žçŽ°é‡å­åå¸¸éœå°”效应的理æƒÏx(ch¨®ng)æ–™ã€‚该文章发表在《科学》杂志上åQŒå¼•èµ·äº†(ji¨£n)国内外实验物理学家的òq¿æ³›å…Ïx(ch¨®ng)³¨ã€‚从此，一åœø™˜ªè½°çƒˆçƒˆçš„国际竞赛开始了(ji¨£n)ã€?span lang="EN-US">

　　量子反常霍尔效应意味着在零¼‚åœºä¸­ï¼Œéœå°”ç”?sh¨´)阻跛_˜åˆ°çº¦25800‹Æ§å§†çš„量子电(sh¨´)é˜Õd€¹{€‚要实现˜q™ä¸€ä¸å¯æ€è®®çš„量子现象，所需要的实验材料必须同时满èƒö三项非常苛刻的条ä»Óž¼š(x¨¬)材料的能带结构必™åÕd…·æœ‰æ‹“扑特性，从而具有导ç”늚„一¾l´è¾¹¾~˜æ€ï¼›ææ–™å¿…é¡»å…ähœ‰é•¿ç¨‹é“ç£åºï¼Œä»Žè€Œå­˜åœ¨åå¸”Rœž®?d¨¡ng)效应；材料的体内必™åÖMØ“(f¨´)¾lç¼˜æ€ï¼Œä»Žè€Œå¯¹å¯¼ç”µ(sh¨´)没有ä»ÖM½•è´¡çŒ®ã€‚è¿™ž®±å¦‚同要求一个äh同时å…ähœ‰çŸ­è·‘˜qåŠ¨å‘˜çš„速度、篮球运动员的高度和体操˜qåŠ¨å‘˜çš„灵åéyåQŒå…¶éš‘Öº¦å¯æƒ³è€ŒçŸ¥ã€‚在实际的实验材料中要同时满­‘Œ™¿™ä¸‰ç‚¹å¯¹å®žéªŒç‰©ç†å­¦å®¶æ¥è®²æ˜¯ä¸€ä¸ªå·¨å¤§çš„æŒ?xi¨§)战åQŒç¾Žå›½ã€å¯d国、日本等国的一‹¹ç§‘学家ç”׃ºŽæ— æ³•åœ¨ææ–™ä¸­åŒæ—¶æ»¡èƒö˜q™ä¸‰ç‚¹ï¼Œè€Œæœªå–得最后的成功ã€?span lang="EN-US">

　　ä¸ÞZº†(ji¨£n)在激烈的国际竞争中脱颖而出åQŒè–›å…¶å¤å¯¹å›¢é˜Ÿæˆå‘˜è¿›è¡Œäº†(ji¨£n)合理分工。由于高质量的材料是实现˜q™ä¸€é‡å­æ•ˆåº”的关键，薛其坤亲自担ä»ÀL ·å“ç”Ÿé•¿çš„总负责，òq¶æŒ‡å®šé©¬æ—­æ‘研究¾l„的何珂带领几位研究生具体进行。反帔Rœž®?d¨¡ng)效应测量则由清华大学物理系教授王亚愚负责。当时何珂刚刚加入中¿U‘院物理所开始工作，王亚愚在清华的输˜qå®žéªŒå®¤ä¹Ÿæ‰æ­å¾è°ƒè¯•å®Œä¸ä¹…。两个年è½ÖMh对于能够负责˜q™æ ·é‡å¤§çš„ç ”½I¶è¯¾é¢˜æ„Ÿåˆ°éžå¸¸å…´å¥‹ï¼Œç„¶è€Œåœ¨ç ”究中遇到的æŒ?xi¨§)战ä(sh¨´)¹Ÿç»™ä»–们带来很大压力。“最开始的时候不要说量子化的反常霍尔效应åQŒå°±˜qžè¿™äº›ææ–™åœ¨¼›Õd¼€­‘…高真空的生长环境后åQŒèƒ½å¦èŽ·å¾—可靠的输运数据åQŒæˆ‘们都没有把握。”王亚愚说。“很长时间没有什么好¾l“æžœåQŒæˆ‘们都不太好意思见薛老师。”何珂回忆说。然而，正是薛其坤团队在高质量样品生长方面的深厚基础åQŒç‰¹åˆ«æ˜¯è–›å…¶å¤æœ¬äººåœ¨æ ·å“ç”Ÿé•¿å…³é”®æŠ€æœ¯æ–¹é¢çš„具体指导åQŒä‹É得他们在建立拓扑¾lç¼˜?sh¨´)½“生长动力学的基¼‹€ä¸Šï¼Œæœ€¾lˆå…‹æœäº†(ji¨£n)重重困难ã€?span lang="EN-US">

材料生长动力学奠定研½I¶åŸº¼‹€

　　薛其坤团队在国际上率先徏立了(ji¨£n)拓扑¾lç¼˜?sh¨´)½“薄膜的分子束外延生长动力学åQŒåƈ长出äº?ji¨£n)高质量的薄膜。从˜q™ä¸€å¤©è“våQŒä»–们就在世界上领先åQŒåƈ且一直将˜q™ä¸ªä¼˜åŠ¿ä¿æŒä¸‹åŽ»åQŒç›´è‡Ïx(ch¨®ng)œ€¾lˆå¾—到完¾ŸŽçš„实验¾l“æžœã€?span lang="EN-US">

　　在拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“研究初期åQŒè–›å…¶å¤ž®±æ•é”åœ°æ„è¯†åˆŽÍ¼Œæ‹“扑¾lç¼˜?sh¨´)½“材料的生长动力学与自己长期从事的砷化镓研究有非常类似的地方。于是，他迅速制定了(ji¨£n)实验æ–ÒŽ(gu¨©)¡ˆâ€”—按照生长砷化镓的方法进行实验，首先建立èµäh‹“扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“材料的生长动力学。“实验è{到这个方向之后，ž®Þp¿›å…¥äº†(ji¨£n)我们比较擅长的领域。”薛其坤说ã€?span lang="EN-US">

　　材料的生长动力学描述的是如何从一个个原子的反应最后åŞ成一个宏观样品的˜q‡ç¨‹ã€‚只有掌握了(ji¨£n)材料的生长动力学åQŒæ‰èƒ½ç²¾¼‹®åœ°æŽ§åˆ¶ææ–™çš„生é•Ñ€‚从1992òq´æ”»è¯Õdšå£«å­¦ä½è“våQŒè–›å…¶å¤ž®×ƒ¸€ç›´ä»Žäº‹è–„膜生长动力学的系¾lŸç ”½IÓž¼Œè‡³ä»Šå·²ç»ç´¯ç§¯äº?span lang="EN-US">20余年的经验，之前也已获得两项国家自然¿U‘学二等奖ã€?span lang="EN-US">

　　在薛其坤的亲自指å¯ég¸‹åQŒå›¢é˜Ÿä»…仅用三四个月的时é—ß_(d¨¢)¼Œž®±åœ¨å›½é™…上率先徏立了(ji¨£n)拓扑¾lç¼˜?sh¨´)½“薄膜的分子束外延生长动力学åQŒå®žçŽîCº†(ji¨£n)å¯ÒŽ(gu¨©) ·å“ç”Ÿé•¿è¿‡½E‹åœ¨åŽŸå­æ°´åã^上的¾_„¡¡®æŽ§åˆ¶åQŒä‹É得薄膜样品的质量很快辑ֈ°äº?ji¨£n)国际领先水òqŸë€‚“这是最重要的一步，˜qˆå‡ºäº?ji¨£n)这一步，后面的工作才能顺利展开。”薛其坤å¼ø™°ƒè¯ß_(d¨¢)¼Œâ€œå¯ä»¥è¯´åQŒä»Žå»ºç«‹èµ¯‚¿™¾cÀLæ–™çš„生长动力学的˜q™ä¸€å¤©è“våQŒæˆ‘们就奠定äº?ji¨£n)在˜q™é¡¹ç ”究中的领先åœîC½ã€‚”三¾l´æ‹“扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“的理论预­a€å’Œé«˜è´¨é‡æ‹“扑¾lç¼˜?sh¨´)½“薄膜的分子束外延生长动力学及(qi¨¢ng)ç”?sh¨´)子态研½I¶ç­‰¾pÕdˆ—成果在国际学术界引è“väº?ji¨£n)广泛åª?ji¨£ng)响，òq¶ä»¥æ€»é€‰ç¥¨æŽ’名½W¬ä¸€çš„成¾l©å…¥é€‰â€?span lang="EN-US">2010òq´åº¦ä¸­å›½¿U‘学十大˜q›å±•â€ã€‚此外，团队成员˜q˜èŽ·å¾—了(ji¨£n)“求是基金会(x¨¬)”的“求是杰出科学家奖”和“求是杰出科技成就集体奖”ã€?span lang="EN-US">

　　恰好在这个关键时刻，中国开始实施旨在吸引æ“v外顶ž®–学者的 “千äºø™®¡åˆ’”。张首晟作äØ“(f¨´)“千äºø™®¡åˆ’”学者受聘清华大学，自此与薛其坤团队开始了(ji¨£n)紧密的合作研½I¶ã€‚他们决定把研究的重ç‚ÒŽ(gu¨©)”¾åœ¨é‡å­åå¸”Rœž®?d¨¡ng)效应上åQŒå› ä¸ø™¿™æ— ç–‘是拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“领域最具媄(ji¨£ng)响力的工作。张首晟深厚的学术造诣、活跃的学术思想和坚定执着的学术态度为整个项目的™åºåˆ©å®žæ–½èµ·åˆ°äº?ji¨£n)非帔R‡è¦çš„作用ã€?span lang="EN-US">

紧密合作˜q½æ±‚极致通往成功

　　面对高难度的实验åQŒåŠ›æ±‚完¾ŸŽã€è¿½æ±‚极致的¿U‘å­¦¾_„¡¥žå’Œç´§å¯†çš„团队合作让他们跨­‘Šé‡é‡éšœ¼„ï¼Œé è¿‘胜利的彼岸ã€?span lang="EN-US">

　　虽然材料生长动力学这一关键问题得以解决åQŒä½†˜q™åƈ不意味着接下来的工作ž®±æ˜¯ä¸€ç‰‡å¦é€”。毫不例外的åQŒå®žçŽ°é‡å­åå¸”Rœž®?d¨¡ng)效应所需的三个苛åˆÀL¡ä»¶å¸¦æ¥çš„¿Uç§éšùN¢˜?sh¨´)»–们也都遇到了(ji¨£n)。比如即使是高质量的拓扑¾lç¼˜?sh¨´)½“薄膜，也很隑ցšåˆ°çœŸæ­£ç»¾~˜ï¼›å¦å¤–在拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“材料中实现自发铁¼‚åºä¹Ÿéžå¸¸å›°éš¾ã€?span lang="EN-US">

　　实验面äÍ(f¨´)的瓶颈数‹Æ¡è®©æ•´ä¸ªå›¢é˜Ÿæ„Ÿè§‰ä¸¾æ­¥¾l´è‰°ã€‚然而他们没有放弃，而是选择独辟íyŠå¾„åQŒæœ€¾lˆæ‰¾åˆîCº†(ji¨£n)一条非常合理的技术èµ\¾U¿ï¼Œ˜q™åœ¨å¾ˆå¤§½E‹åº¦ä¸Šå¾—益于样品生长和输˜qæµ‹é‡ç ”½I¶ç»„的紧密合作。团队成员几乎每天都通过邮äšg和电(sh¨´)话交‹¹å®žéªŒç»“果，æ¯?span lang="EN-US">2~3周都ä¼?x¨¬)进行一‹Æ¡å……分讨论，分析实验的所有细节，òq¶åˆ¶å®šä¸‹ä¸€æ­¥çš„详尽计划。“我们这些有不同专长、不同性格、不同思èµ\çš„ç ”½I¶äh员ä(sh¨´)Ø“(f¨´)äº?ji¨£n)一个共同的目标而努力，互相交流åQŒäº’ç›æ€¿ƒ(j¨©)˜q›ï¼Œæ˜¯å–得成功的关键。如果我们都是相似的人，反而可能无法取得这æ ïL(f¨¥ng)š„成就。”何珂说ã€?span lang="EN-US">

　　“我们很òq¸è¿æœ‰ä¸€æ‰¹ä¼˜¿U€çš„ç ”½I¶ç”Ÿã€‚”王亚愚è¯ß_(d¨¢)¼Œâ€œä»–们不仅工作勤奋，而且ç”׃ºŽæ€ç»´æ²¡æœ‰æŸç¼š(x¨¬)åQŒåœ¨ç ”究˜q‡ç¨‹ä¸­ç»å¸æ€¼š(x¨¬)提出一些让老师惊讶的奇思妙惟뀂比如能带结构工½E‹ã€æ …极电(sh¨´)压调制、衬底制备、表面覆盖层的选择、微ž®å™¨ä»¶çš„加工½{‰å®žéªŒçš„关键步骤åQŒéƒ½æ˜¯å­¦ç”Ÿä»¬åœ¨å…·ä½“工作和ç›æ€º’讨论的过½E‹ä¸­æ‘¸çƒ¦(ch¨³)出来的。我们和学生们是一èµähˆé•¿çš„。”王亚愚说ã€?span lang="EN-US">

　　薛其坤和张首晟等资深¿U‘学家在关键步骤上的敏锐直觉和精准判断，以及(qi¨¢ng)他们¿U¯æžã€è‡ªä¿¡ã€ä¹è§‚的态度也给予团队成员很大鼓励。曾¾læœ‰ä¸€ŒD‰|—¶é—ß_(d¨¢)¼Œòq´è½»çš„博士生们甚臌™§‰å¾—实验没有ä“Q何希望。作为团队的领军人物åQŒè–›å…¶å¤çœ‹åˆ°äº?ji¨£n)这一切。他把大家召集在一èµøP¼Œä¸€ç•ªçƒ­æƒ…洋溢的讲话之后åQŒæœ‰ä½åšå£«ç”Ÿå½¢å®¹è‡ªå·±æ„Ÿè§‰â€œæµ‘íw«å‘热”，òq²åŠ²åèƒö。此外，团队成员?sh¨´)¹Ÿä¸Žæ–¹å¿ ã€æˆ´å¸Œã€åˆ˜æœæ˜Ÿã€ç¥æ™“亮、段文晖、朱邦芬½{‰ç†è®ºå­¦è€…开展了(ji¨£n)紧密而愉快的合作åQŒåŠ å¿«äº†(ji¨£n)实验研究的进½E‹ã€?span lang="EN-US">

　　在过åŽÕd››òq´é‡ŒåQŒå›¢é˜Ÿæˆå‘˜å…±ç”Ÿé•¿å’Œæµ‹é‡äº†(ji¨£n)­‘…过1000个样品，òq‰™€šè¿‡ä¸€‹Æ¡æ¬¡çš„生é•Ñ€æµ‹é‡ã€åé¦ˆã€è°ƒæ•ß_(d¨¢)¼Œäº‰å–每一步都做到极致。功夫不负有å¿?j¨©)ähåQŒæ¯6~9个月åQŒä»–们就ä¼?x¨¬)克服一个困难，一个个‹È€åŠ¨ähå¿?j¨©)的成果接踵而来ã€?span lang="EN-US">

　　2010òqß_(d¨¢)¼Œä»–们完成äº?ji¨£n)å¯?span lang="EN-US">1¾U³ç±³åˆ?span lang="EN-US">6¾U³ç±³åQˆå¤´å‘丝¾_—细的万分之一åQ‰åŽšåº¦è–„膜的生长和输˜qæµ‹é‡ï¼Œå¾—到äº?ji¨£n)ç³»¾lŸçš„¾l“æžœåQŒä»Žè€Œä‹É得准二维拓扑¾lç¼˜?sh¨´)½“的制备和输˜qæµ‹é‡æˆä¸ºå¯èƒ½ã€?span lang="EN-US">

　　2011òqß_(d¨¢)¼Œä»–们实现äº?ji¨£n)对拓扑¾lç¼˜?sh¨´)½“能带结构的¾_‘Ö¯†è°ƒæŽ§åQŒä‹É其成为真正的¾lç¼˜?sh¨´)½“，去除了(ji¨£n)体内ç”?sh¨´)子对输运性质的媄(ji¨£ng)响ã€?span lang="EN-US">

　　2011òq´åº•åQŒä»–们在准二¾l´ã€ä½“¾lç¼˜çš„拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“中实çŽîCº†(ji¨£n)自发长程铁磁性，òq¶åˆ©ç”¨å¤–加栅极电(sh¨´)压对其电(sh¨´)子结构进行了(ji¨£n)原位¾_‘Ö¯†è°ƒæŽ§ã€?span lang="EN-US">

　　ž®Þp¿™æ øP¼Œé‡å­åå¸¸éœå°”效应所需要实验材料的三个苛刻条äšg¾lˆäºŽå®žçŽ°äº?ji¨£n)ï¼?span lang="EN-US">

　　2012òq?span lang="EN-US">3月，团队成员?sh¨´)¸ç»æ„é—´è§‚察到反帔Rœž®?d¨¡ng)ç”?sh¨´)é˜Õd€¼ç«Ÿè¾‘Öˆ°äº?ji¨£n)量子ç”?sh¨´)é˜Èš„0.6倍，ä¼ég¹Ž¼›»é‡å­ç”µ(sh¨´)é˜Õd’«ž®ÞZ¹‹é¥ï¼Œ˜q™ç»™äº?ji¨£n)他们极大的鼓舞åQŒæˆåŠŸåªæœ‰ä¸€æ­¥ä¹‹é¥äº†(ji¨£n)åQæ­¤åŽï¼Œä»–们从各个细节全面优化生长测量条ä»Óž¼Œä¸€æ­¥ä¸€æ­¥æŽ¥˜q‘奇˜q¹å‡ºçŽ°çš„时刻ã€?span lang="EN-US">

四年努力见证奇迹的时�/span>

　　团队成员利用分子束外延生长了(ji¨£n)高质量的¼‚æ€§æŽºæ‚拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“薄膜åQŒåƈ在极低温下对其磁é˜Õd’Œéœå°”效应˜q›è¡Œäº?ji¨£n)精密测量。他们发现在一定的栅极ç”?sh¨´)压范围内，材料在零¼‚åœºä¸­çš„反常霍尔电(sh¨´)阻辑ֈ°é‡å­ç”µ(sh¨´)阻的数值åƈ形成一个åã^収ͼŒåŒæ—¶¾Uµå‘ç”?sh¨´)阻急剧降低òq¶è¶‹˜q‘于é›Óž¼Œ˜q™æ˜¯é‡å­åŒ–反帔Rœž®?d¨¡ng)效应的特征性行为ã€?span lang="EN-US">

　　2012òq?span lang="EN-US">10月的一个晚上，薛其坤收到学生的短信åQšä»–们在实验中发çŽîCº†(ji¨£n)量子反常霍尔效应的迹象！回忆起那一刻，薛其坤依然清晰记得当时的‹È€åŠ¨ã€‚当晚薛其坤立即¾l„织团队人员åQŒè®¾è®¡å‡ºå‡ å¥—æ–ÒŽ(gu¨©)¡ˆåQŒéƒ¨¾|²å¥½äº?ji¨£n)下一步的实验åQŒç‰¹åˆ«æ˜¯å’Œä¸­¿U‘院物理所吕力研究¾l„合作，ž®†å®žéªŒæŽ¨˜q›åˆ°æŽ¥è¿‘¾lå¯¹é›¶åº¦çš„极低温ã€?span lang="EN-US">

　　接下来的几天里，团队成员?sh¨´)»¬ç”¨â€œè¯šæƒ¶è¯šæâ€åŞ容自å·Þqš„å¿?j¨©)情。严谨的¿U‘å­¦¾_„¡¥žå‘Šè¯‰ä»–们åQŒä¸€‹Æ¡çš„¾l“æžœòq¶ä¸èƒ½è¯´æ˜Žé—®é¢˜ï¼Œä»–们需要用不同的样品多‹Æ¡é‡å¤å®žéªŒã€?span lang="EN-US">25800‹Æ§å§†åQŒæ‰€æœ‰äh都在期待˜q™ä¸ªæ ‡å¿—性的数å€û|¼Œç„¶è€Œæ²¡æœ‰äh知道¼œžç§˜çš„微观世界究竟会(x¨¬)发生什么。之前一直没有做åˆ?span lang="EN-US">25800˜q™ä¸ªæ•°å€û|¼Œä½†æ˜¯çŽ°åœ¨å¦‚æžœ­‘…过äº?ji¨£n)怎么办？

　　数据不停地蟩动着åQ?span lang="EN-US">10000ã€?span lang="EN-US">20000ã€?span lang="EN-US">25800åQæ•°æ®åœä½äº†(ji¨£n)åQææ–™åœ¨é›¶ç£åœÞZ¸­çš„反帔Rœž®?d¨¡ng)ç”?sh¨´)阻达到量子电(sh¨´)阻（h/e2 ~ 25800‹Æ§å§†åQ‰çš„数值åƈ形成一个åã^収ͼŒåŒæ—¶¾Uµå‘ç”?sh¨´)阻急剧降低òq¶è¶‹˜q‘于é›Óž¼Œ˜q™æ˜¯é‡å­åŒ–反帔Rœž®?d¨¡ng)效应的特征性行为！历史ž®†è¿™ä¸€æ—¶åˆ»å®šæ ¼åQŒåœ¨¾ŸŽå›½ç‰©ç†å­¦å®¶éœå°”äº?span lang="EN-US">1880òq´å‘现反帔Rœž®?d¨¡ng)效å?span lang="EN-US">133òq´åŽåQŒäh¾cȝ»ˆäºŽå®žçŽîCº†(ji¨£n)å…‰™‡å­åŒ–åQå®žéªŒç»“果如此干净漂亮åQŒæ•°æ®å®Œ¾ŸŽå¾—不可思议åQŒæ¯ä½æˆå‘˜éƒ½åœ¨ç”±è¡·åœ°æ„Ÿå¹åQšâ€œè¿™çœŸæ˜¯è§è¯å¥‡è¿¹çš„时刻！â€?span lang="EN-US">

　　得出最¾lˆæ•°æ®çš„那天åQŒè–›å…¶å¤å¸¦äº†(ji¨£n)两瓶香槟酒，团队成员?sh¨´)¸€èµ·åˆå½±ï¼Œç•™ä¸‹çè´µçš„回忆。那一夜，距离2008òq?span lang="EN-US">10月已是整整四òq´ã€‚å››òq´é‡ŒåQŒæ— æ•îC¸ªä¸çœ ä¹‹å¤œåQŒåŠŸå¤«ç»ˆä¸è´Ÿæœ‰å¿ƒ(j¨©)人ã€?span lang="EN-US">

中国优秀¿U‘研团队向世界“亮剑â€?span lang="EN-US">

　　量子反常霍尔效应˜q™ä¸ªé‡å¤§çš„科学发现证明，中国¿U‘学家的¿U‘学素养、研½I¶æ°´òq›_’Œå¯¹å®žéªŒæŠ€æœ¯çš„掌握åQŒå·²¾lä¸Žå›½é™…先进水åã^接轨。在中国加大投入基础¿U‘学研究20òq´åŽåQŒä¸­å›½ç§‘学界已经具备一批国际水òq³çš„¿U‘学家向世界¿U‘学领域“亮剑”ã€?span lang="EN-US">

　　薛其坤强调，真正的科学发现是ä¸ÞZh¾cÕd¢žåŠ æ–°çŸ¥è¯†åQŒæ‰€ä»¥ç ”½I‰™œ€è¦å¾ˆé•¿çš„˜q‡ç¨‹åQŒéœ€è¦å¤šòq´ä¸“业的训练和积累，也需要一批经˜q‡ä¸¥æ ÆD®­¾lƒçš„专业选手来攻兟뀂“在原子的尺度上控制薄膜的生长，我们æœ?span lang="EN-US">20òq´çš„¾léªŒ¿U¯ç¯åQŒåŽš¿U¯è–„发，才能˜qˆå‡ºé‡å­åå¸¸éœå°”效应实验最核心(j¨©)的一步。”他说ã€?span lang="EN-US">

　　“重大实验发现是对äh¾cÀL™ºæ…§çš„一个巨大挑(xi¨§)战，˜q™å¯¹ç ”究团队的科研素å…Õd’Œ¿U¯ç¯åQŒä»¥å?qi¨¢ng)实验技术水òq³çš„要求都非帔R«˜ã€‚我们的团队成员在各自的领域都是一‹¹çš„‘ä(sh¨´)¸“业选手’，我们的研½I¶å›¢é˜Ÿå…·å¤‡äº†(ji¨£n)国际领先水åã^。”薛其坤说。他å¼ø™°ƒåQŒè¿™åœ¨å¾ˆå¤§ç¨‹åº¦ä¸Šå¾—益于最˜q?span lang="EN-US">20òq´ä¸­å›½å¯¹åŸºç¡€ç ”究的重视和大力投入ã€?span lang="EN-US">2005òq?span lang="EN-US">~2007òqß_(d¨¢)¼Œæ—¶ä“Q清华大学物理¾pÖM¸»ä»Èš„朱邦芬院士先后引˜q›è–›å…¶å¤ã€é™ˆæ›¦å’ŒçŽ‹äºšæ„šä¸‰ä½å®žéªŒç‰©ç†å­¦å®Óž¼Œòq‰™€šè¿‡å„种途径¾l™ä»–们创造良好的工作条äšg。中¿U‘院物理所也äØ“(f¨´)马旭村领导的表面物理研究¾l„和吕力领导的极低温输运研究¾l„提供了(ji¨£n)大力支持。科学家们每个äh都在各自的领域做åˆîCº†(ji¨£n)世界领先水åã^åQŒåƈ紧密合作åQŒæœ€¾lˆåšå‡ÞZº†(ji¨£n)量子反常霍尔效应˜q™æ ·çš„重大科学发现ã€?span lang="EN-US">

　　“这™åÒŽ(gu¨©)ˆæžœæ˜¯æˆ‘们团队¾_¾è¯šåˆä½œã€è”合攻关的共同成果åQŒæ˜¯ä¸­å›½¿U‘学家的集体荣誉。”薛其坤、张首晟、方忠等都着重强调这一炏V€?span lang="EN-US">

　　现在åQŒè¿™ä¸ªè¯žç”ŸäºŽä¸­å›½æœ¬åœŸçš„优¿U€¿U‘研团队仍然在äØ“(f¨´)量子反常霍尔效应的应用前景奋斗着。薛其坤表示åQšâ€œä“Q何一个现象从原理性的发现走到应用åQŒéƒ½éœ€è¦ä¸åŒé¢†åŸŸç§‘学家和工业界的共同努力，我们也会(x¨¬)与更多的人合作，努力ž®†è¿™ä¸ªé¢†åŸŸå‘扬光大，不断推动它向应用方向发展。â€?span lang="EN-US">

杨振宁：(x¨¬)˜q™æ˜¯è¯ø™´ž®?d¨¡ng)奖¾U§çš„论文

4æœ?span lang="EN-US">10日，è¯ø™´ž®?d¨¡ng)物理学奖得丅R€æ¸…华大学高½{‰ç ”½I‰™™¢åèª‰é™¢é•¿æ¨æŒ¯å®åœ¨è°ˆè“v˜q™é¡¹æˆæžœæ—¶ç§°èµžé“åQšâ€œè¿™æ˜¯ç¬¬ä¸€‹Æ¡ä»Žä¸­å›½å®žéªŒå®¤é‡Œå‘表的诺贝尔奖çñ”的物理学论文åQâ€?span lang="EN-US">

99%在前沿物理学做研½I¶çš„人，都会(x¨¬)同意˜q™æ˜¯è¯ø™´ž®?d¨¡ng)奖¾U§çš„成果。”杨振宁肯定地说åQŒâ€œè¿‡åŽÖMh们总认ä¸ÞZ¸­å›½äh不擅长做实验åQŒä»¿ä½?j¨©ng)只会(x¨¬)搞理论。其实当今中国已¾læœ‰ä¸–界一‹¹çš„实验室，加上中国人的勤奋努力和团队的合作¾_„¡¥žåQŒæˆ‘们是能够做出一‹¹å®žéªŒçš„。â€?span lang="EN-US">

张首晟：(x¨¬)为量子霍ž®?d¨¡ng)效应画上最¾ŸŽå¥å?/span>

　　

1930òq´å‰åŽå‘现量子力学基本原理，奠定äº?ji¨£n)半å¯ég½“发展的基¼‹€ä¹‹åŽåQŒèŠ¯ç‰‡ä¸Šçš„三极管æ¯?span lang="EN-US">18个月ž®Þq¿»ä¸€å€ï¼Œæ•£å‘出来的热量也随之增倍，˜q™ä‹É得信息社ä¼?x¨¬)陷入一场非å¸æ€¸¥é‡çš„危机。但å¯ÒŽ(gu¨©)ˆ‘们科学家来说åQŒè¿™æ˜¯â€˜å±â€™æ›´æ˜¯â€˜æœºâ€™ï¼Œç‰¹åˆ«æ˜¯å¯¹äºŽä¸­å›½çš„¿U‘学家来说。如果我们抓住机遇大胆创斎ͼŒž®±å®Œå…¨å¯ä»¥èŸ©è·ƒå¼åœ°èµ°åœ¨ä¸–界科学领域的前列åQŒä»Žâ€˜è¿½éšè€…’成长äØ“(f¨´)‘引领者’，˜q™ä¸ªæ„ä¹‰æ˜¯éžå¸¸æ·±åˆÈš„。因此，我们的科学家一定要抓住˜q™ä¸ªä¸‹ä¸€ä»£ä¿¡æ¯é©å‘½çš„战略刉™«˜ç‚V€‚â€?span lang="EN-US">

1879òq´å’Œ1880òq´å‘现霍ž®?d¨¡ng)效应和反常霍尔效应后，整数量子霍尔效应和分数量子霍ž®”(d¨¡ng)效应的发现者分别获得诺贝尔物理学奖ã€?span lang="EN-US">2006òq?span lang="EN-US">~2007òqß_(d¨¢)¼Œæˆ‘们预言òq¶è¯å®žäº†(ji¨£n)量子自旋霍尔效应和拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“åQŒæˆ‘也非常荣òq¸åœ°è¢«æŽˆäº?span lang="EN-US">2010òq´â€œæ¬§‹z²ç‰©ç†å¥–”ã€?span lang="EN-US">2012òq´èŽ·å¾—美国物理学ä¼?x¨¬)“奥利弗· 巴克利奖”，˜q™æ˜¯å‡èšæ€ç‰©ç†é¢†åŸŸçš„最高奖ã€?span lang="EN-US">2012òq´è£èŽ·â€œç‹„拉克奖”，是国际理论物理学最高奖ã€?span lang="EN-US">2013òq?span lang="EN-US">3æœ?span lang="EN-US">20日，“基¼‹€ç‰©ç†å­¦å¥–”颁奖盛典在瑞士日内瓦ä‹D行，该奖被学界称为科学界的奥斯卡奖，授奖于著名理论物理学安™œé‡‘，òq¶å°†ç‰©ç†å­¦å‰æ²¿å¥–授予我和我的同事们，表嘪我们开创拓扑绝¾~˜ä(sh¨´)½“领域的杰å‡?gu¨®)™µA(ch¨³)献。此‹Æ¡ç”±ä¸­å›½¿U‘研人员发现的量子反帔Rœž®?d¨¡ng)效应是霍尔效应¾pÕdˆ—的最后一个重要成员，它的发现ž®†äØ“(f¨´)˜q™å¼ â€˜å‘¨æœŸè¡¨â€™ç”»ä¸Šä¸€ä¸ªæœ€¾ŸŽçš„、最重的句号åQŒæˆ–ž®†åŠ é€ŸæŽ¨˜q›ä¿¡æ¯æŠ€æœ¯é©å‘½çš„˜q›ç¨‹ã€‚â€?span lang="EN-US">

转自 清华新闻¾|?2013òq?span lang="EN-US">4æœ?span lang="EN-US">12æ—?span lang="EN-US">